Вопрос 4. Состав атмосферы

Атмосфера. Согласно многочисленным данным, верхнюю границу атмосферы проводят по высоте 700 — 800 км или даже 900 — 1000 км, а с учетом экзосферы граница перехода атмосферы в космическое пространство лежит на высоте 2000 — 3000 км. В настощее время земная атмосфера содержит 5,3* 103 трлн. т воздуха, но это составляет всего около одной миллионной части массы всей Земли. Атмосфера по своему составу и распределению массы весьма неоднородна. Плотность воздуха на уровне моря в среднем равна 1,3* 10_3 г/см3. С высотой плотность воздуха быстро убывает, так что 3/4 ее массы приходится на нижние 10 км.

По вещественному составу, температуре и характеру воздушных течений в ней выделяют несколько слоев. Разделяющие их границы носят название пауз. По резкой смене температур выделяются тропопауза, стратопауза, мезопауза, экзопауза. Они выполняют запрещающие и разрешающие функции. Паузы являются не строго определенными граница ми раздела. В них неоднократно возникают разрывы, через которые происходит обмен веществом и энергией между соседними слоями. Тропосфера. В тропосфере сосредоточено около 90 % массы атмосферы. В ней формируются погода и климат, возникают мощные воздушные течения, циклоны и антициклоны. Сухой воздух состоит из 78,08 % азота, 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона, 0,03 % угле кислого газа и малых количеств благородных газов и водорода. Важную роль в формировании погоды и климата играют термодинамические активные примеси (ТАП). К ним относятся пыль и пары воды. Пары воды и облачность вместе с углекислым газом влияют на потоки коротко - и длинноволнового излучения и вносят большой вклад в создание парникового эффекта. Это означает способность атмосферы пропускать солнечную радиацию до подстилающей поверхности, но поглощать собственное тепловое излучение подстилаю щей поверхности и нижележащих тропосферных слоев.

Тропосферная пыль имеет различное происхождение. Она поступает в тропосферу во время вулканических извержений, поднимается сильными ветрами с открытых пространств. Много пыли в тропосфере имеет промышленное или антропогенное происхождение.

От земной поверхности температура медленно понижается и на высоте 10 — 12 км составляет от —60до—70°С. На уровне стратопаузы на высоте от 15 до 18 км температуры стабилизируются.

Стратосфера. В стратосфере до высоты около 40 км температура воздуха колеблется в пределах от—40до—50°С, но затем быстро возрастает, достигая положительных значений около 15 °С. В настоящее время в стратосфере обнаружена активная вертикальная циркуляция воздуха, приводящая к перемешиванию воздуха до высот порядка 30 — 40 км. Это обеспечивает примерно постоянный газовый состав в стратосфере. Преобладающее направление ветров в стратосфере — восточное в отличие от западного в тропосфере.

Исключительно важной особенностью стратосферы и верхней части тропосферы является наличие озонового слоя. Он распространен на высоте от 17 до 30 км. Благодаря озоновому слою большая часть ультрафиолетового излучения задерживается.

Мезосфера. Ее газовый состав, в котором преобладают азот и кислород, весьма устойчив. Температура от нижней границы к верхней, вновь понижается, достигая значений от-70до-90°С. У верхней 45 границы образуются так называемые серебристые облака, представляющие собой скопления мельчайших кристалликов льда.

Термосфера. Это наиболее разреженный слой, для которого характерны повышенная ионизация входящих в ее состав газов, а так же существенное повышение температуры. Она изменяется от—90°С на высоте около 80 км до 400 °С и более на высоте около 200 км. Сред нее содержание водяного пара в атмосфере составляет около 2,6 % (об.). Для средних широт оно равно 1,3 % летом и 0,4 % зимой. Кроме того, незагрязненная атмосфера, помимо пыли (0,02 мг/м3), со держит сернистый ангидрид (S02), оксид углерода (СО), оксид азота (N0), а также ряд соединений и бактерий.

Экзосфера внешняя часть верхней атмосферы Земли, характеризующаяся низкой концентрацией нейтральных атомов (концентрация частиц n0<107см−3). Нижняя граница экзосферы — экзобаза — определяется из соотношения равенства длины свободного пробега высоте однородной атмосферы. Частицы экзосферы двигаются в основном по баллистическим траекториям, поэтому при наличии у них второй космической скорости достаточно высока вероятность покинуть планету без столкновений.

Протяжённую экзосферу планеты часто называют короной; она состоит из атомов водорода, «улетучивающихся» из верхней атмосферы.